MİLGEM, Yumrubaş ve Sonar Kubbesi - Üsküdar Mühendishanesi
Seyrüsefer → Savunma Sanayii → MİLGEM, Yumrubaş ve Sonar Kubbesi
Öncelikle belirtmek gerekir ki Milgem projesi genel anlamıyla son derece başarılı oldu ve Türkiye Cumhuriyeti bu proje ile çok önemli bir basamaktan çıkabildi. Dolayısı ile bu projede emeği geçen herkesi tebrik etmek gereklidir.
Yine de bu daha ilk basamaktı ve önümüzde çıkılması gereken birkaç önemli basamak daha var ve bunların her biri öncekinden daha yüksek, çıkılabilmesi ise mümkün olmakla birlikte çok da kolay değil...
Mevzuyu sadece Milgem-1 (Ada sınıfı gemiler) açısından ele alırsak, ilk gemiler ile elde edilen tecrübelere ve ihtiyaçlara bağlı olarak belli bir safhadan sonra tasarımların iyileştirilmesini ve güçlendirilmesini beklemek gerekir. Bu ihtiyaç, mevcut tasarımının yetersiz ya da başarısız olduğu anlamına gelmez ama pek çok değişkene bağlı olarak tasarımların devamlı olarak iyileştirilmesi ihtiyacı kaçınılmaz bir gerçekliktir. Mükemmel tasarım diye bir şey yoktur, eldeki imkânlara, zamana ve ihtiyaçlara olabildiği kadar uyumlu olan tasarım sanırım en başarılı olan kabûl edilebilir.
Resim.1) Ulaşılabilen kamuya açık veriler ile elde edilebilen Milgem gövdesine ait 3B yüzey modeli; yumrubaş ile baş bodoslama ve omuzuluk bölgesi.
Projenin başladığı günden itibaren geçen zaman, değişen ihtiyaçlar ve imkânlar da düşünüldüğünde ilk dört Ada sınıfı gemiden sonra takip edecek olanlar için çok çeşitli iyileştirme/geliştirme seçenekleri söz konusu olabilir, olması da gereklidir.
Yazının başlığından da anlaşılacağı gibi bu makâlede kısaca ele alınmaya çalışılacak olan iyileştirme tavsiyeleri ise sadece mevcut tasarımın; yumrubaşı, sonarı ve sonar kubbesi ile alâkalıdır.
Bu tür bir savaş gemisi için yumrubaş kullanılmasının tercih edilip edilmemesi ayrıca değerlendirilmesi gereken çok geniş kapsamlı bir hidrodinamik meseledir. Şimdilik bu husus yazının doğrudan kapsamı içinde olmasa da ilk safhada elde edilen bazı verilerden kısaca bahsetmek uygun olabilir.
Resim.2) Hazırlanan Milgem-1 endazesinden türetilmiş ve makûl bir baş yapısına sahip muhtemel bir yumrubaşsız tasarım ile mevcut tasarıma ait hesaplanan dalga direnci katsayılarının karşılaştırılması. Basitçe açıklamak gerekirse yeşil alan mevcut tasarıma ait yumrubaşın sağladığı dalga direnci iyileşmesini ifade etmektedir.
Milgem-1'in endazesi elde edildikten sonra yumrubaşsız ikinci bir endaze hazırlandı. Böylece yumrubaş tasarımının direnç üzerindeki etkisini biraz daha yakından değerlendirebilmek mümkün oldu. Yapılan hesaplamalar ile elde edilen ilk verilere göre mevcut yumrubaş tasarımının geniş bir sürât aralığında (resim.2) gayet etkili olduğu söylenebilir.
Diğer taraftan yazının son bölümünde bahsedilecek olan 05 borda numaralı, yeni nesil sonar kubbesine sahip, türetilmiş milgem enzadesi ile yapılan sakin su direnç hesapları mevcut tasarıma açıkça üstünlük sağladı, yine de elde edilen değerler beklediğimden bile daha iyi olduğu olduğu için bu konudaki verileri açıklamadan önce üzerinde daha fazla çalışmak ve tekrar incelemek gerekiyor, belki daha sonra...
Resim.3) Mevcut Milgem-1 enzadesi ile yapılan direnç hesapları esnasında iktisadi sürât civarındaki bir değer için elde edilen yüzey dalgaları.
Milgem ve muhtemel türevlerinin direnç niteliklerini daha sonra ayrı bir makâlede ele almayı düşünüyorum diğer taraftan, ancak konunun içindeki insanların anlayabileceği gibi bu tür çalışmalar oldukça zahmetli ve çok zaman alıyor, ayrıca çok dikkât istiyor, bu sebeple ne zaman hazır olur ya da bir gün tamamlanabilir mi bir şey söyleyebilmek zor.
Şimdilik ele alınacak hususlar ise;
Sonar kubbesinin tasarımı
Sonar dizininin tasarımı
1. Yumrubaşın Tasarımı
Yumrubaşlar temel olarak sadece direnç ve sevk niteliklerini iyileştirmek için tasarlanırlar, bununla birlikte özellikle bir savaş gemisi üzerine uygulandıklarında durum bundan çok daha karmaşık bir hâl alır. Yukarıda kısaca bahsedildiği gibi mevcut yumrubaş tasarımının direnç nitelikleri gayet iyi görünüyor, bir sıkıntı yok ama kısacası; Milgem için bu yetmez! Neden mi?
Tasarım açısından dikkât çeken en önemli husus yumrubaş-gövde birleşiminin şeklidir. Genel olarak yumrubaşı gövde ile birleştirme tekniği açısından iki yaklaşımdan bahsetmek mümkündür;
Tahmin edilebileceği gibi sert geçiş imalât açısından daha kolay, hızlı ve ucuzdur. Aslında bu yöntem genellikle mevcut bir gemiye sonradan yumrubaş ilave edilmek istendiğinde tercih edilir, yeni inşalarda uygulanması ise nadir rastlanan bir durumdur.
Yumuşak geçişte ise en kesit eğrileri bütün baş yapısı boyunca bir süreklilik arz eder. Aşağıdaki resimde iki durum arasındaki fark kolayca anlaşılabilir.
Resim.4) Elde edilen Milgem-1 endazesine ait baş en kesitleri sancak taraftadır. İskele tarafta ise tavsiye edilen asgari iyileştirme şartlarına sahip iyileştirilmiş en kesitlerini gösterilmiştir.
Günümüzde yumrubaş tasarımları için genelilkle panel yöntemi kullanan otomatik dalga direnci optimizasyon yazılımları kullanılır. Bu yazılımlar tabiatları gereği yumrubaş-gövde birleşimlerindeki küçük ayrıntıların direnç üzerindeki etkilerine karşı duyarsızdır ve bu sebeple, böyle bir yöntem kullanıldığında, birleşim bölgesinin sert ya da yumuşak olması dalga direnci açısından muhtemelen sonucu değiştirmeyecektir.
Sert geçişin özellikle Milgem türünde bir savaş gemisi için uygun olmadığı rahatlıkla iddia edilebilir. Burada bahsedilen uygunsuzluğun temel sebebi ise sert birleşimden kaynaklanan muhtemel küçük bir direnç farkı değildir.
Resim.5) Kırmız ile gösterilen sert geçiş bölgesinde oluşacak olumsuz akış şartları, çok yakınında, hemen altında bulunan sonarın verimini olumsuz etkileyecektir.
Milgem'i etkileyecek asıl olumsuzluk birleşme bölgesinde oluşacak akış şartlarının tetikleyeceği basınç ve hız dalgalanmalarının ve muhtemel girdap dökülmelerinin, bu yazının kapsamı dışındaki çeşitli mekanizmalarla, hem geminin ses izinin artmasına, hem de tam bu bölgede bulunan sonar dizininin aynı sebeple aktif ve pasif çalışma şartlarında çift taraflı etkinlik kaybına uğramasına sebep olacak olmasıdır.
2. Yumrubaşın İmalâtı
Bu büyüklükteki (yani küçük sayılabilecek) bir yumrubaşın geleneksel çelik inşa yöntemleriyle düzgün ve hassas olarak imâl edilebilmesi kolay bir iş değildir. Bugüne kadar yayınlanan muhtelif resimler dikkatlice incelendiğinde görülebildiği üzere de özellikle yumrubaşın burun bölgesinin işçiliğinin yeteri kadar hassas olamadığı söylenebilir. Bu resimleri telif hakları sebebiyle buraya koymadım ama internet üzerinde bulup inceleyebilmeniz mümkün olabilir.
Yumrubaşın hem tasarımını hem de imalâtını mühendislik ve sanat karışımı kavramlar olarak değerlendirmek uygun olur. Tasarımı yapılan bir yumrubaş kağıt üzerinde ve bilgisayar ekranında cillop gibi görünebilir ama bir de bunu yeterli hassasiyette imâl edebilmek meselesi vardır ki tasarımından daha zordur.
Japonya gibi önde gelen tersaneci ülkelerde bu konunun özel ustaları vardır; mesela yerde duran bir düz çelik levhaya, yumrubaş kaplaması olabilmesi için sadece bir elinde su tabancası diğer elinde tavlama tabancası ile yumurta gibi şekil verebilen ustaları ben görmedim ama görenlerden çok dinledim...
Gemi karinası üzerinde akışın başladığı en uç nokta olan yumrubaş burnundaki sadece birkaç cm'lik küçük sapmalar ve düzensizlikler bile gemi etrafındaki akışı karina boyunca son derece olumsuz etkiler. Bu durumun direnç üzerinde çok fazla olumsuz bir etki yapmayacağını varsaysak bile, bir dizi karmaşık etkileşim sonucunda hem geminin ses izi artacak hem de sonar algılayıcılarının performansları belirgin bir kayba uğrayabilecektir yani çift yönlü bir zarar söz konusu olur. Sadece bunun önüne geçebilmek için bile yumrubaş kullanmaktan vazgeçmek düşünülebilir. Eğer vazgeçilemiyorsa hiç olmazsa imalât kalitesinin ve muhtemelen yönteminin gözden geçirilmesi ve belki değiştirilmesi uygun olur.
3. Sonar Kubbesinin Tasarımı
Sonar kubbesinin tasarımı dikkât çeken bir diğer önemli husustur. Milgem-1 üzerine uygulanan kubbe, tasarım ve imalât yaklaşımı açısından, kabaca 1960-1975 dönemini yansıtmaktadır denilebilir. Bu yaklaşım gümüzde iş görür mü? Belki görür ama 21.yüzyılın sualtı savaş ortamında başarılı olabilir mi? Gerçekten çok şüpheli...
Kubbe tasarımı açısından iki ayrı alt başlık açılabilir;
Kubbe malzemesi ve sonar penceresi
Kubbe-gövde birleşim bölgesi için söylenebilecek olanlar yukarıda yumrubaş-gövde geçişi için açıklananlar gibidir. Aşağıdaki resimde de görülebileceği hem kubbeyi kubbe yatağına bağlayan bölge (alt kırmızı çizgi) hem de kubbe yatağını gövdeye bağlayan bölge (üst kırmızı çizgi) sonarın çok yakınında gayet olumsuz bir akış ortamı üretebilir durumdadır. Aslında bu bölge ile alâkalı söylenebilecek daha başka olumsuz hususlar da var ama çizimde gösterilmedi...
Resim.6) Sonar kubbesi ve kubbeyi gövdeye bağlayan yatak yapısının 3B modeli. Yapı etrafında oluşacak nal girdabının etkisini kolayca azaltabilecek, bilinen basit önlemlerinin bile alınmamış olması şaşırtıcı!
Kubbe malzemesinin tercihi için de en kolay çözüme yönelinmiş durumda. Ama kolay olan çoğunlukla en iyi değildir. Yine de muhtemelen ilk dört gemi için bu malzemenin tercih edilmesinden başka bir çare yoktu ve söz konusu tercih zaman itibarı ile anlaşılabilir bir durumdur.
Diğer taraftan sonar (ses) penceresi için uygulanabilecek malzeme teknolojileri arasında en üstünü, Türkiye'de sürdürülen propagandanın aksine ETP1 değil suni kauçuk teknolojisidir ancak bu tür malzemelerle sonar performansı azami seviyeye çıkartılabilir ki aradaki bu performans değişimi muhtemel bir savaşta kaybetmek ve kazanmak arasındaki farkı oluşturabilecek kadar değerlidir.
Türkçe'yi her fırsatta olduğu gibi bir kere daha aşağılayıp, kubbeye dom demekle işler yürümüyor! İlmî çalışma ile bilimsi çalışma arasında büyük farklar var...
Kauçuk esaslı ses pencereleri akustik açıdan daha üstündür. Diğer taraftan tasarımı, imalâtı ve idamesi daha zordur ve böyle bir teknoloji transfer edilemeyeceği için milli ar-ge ile geliştirilmesi gereklidir. Fakat geleceği düşünüyorsak ve şimdiden böyle bir ar-ge çalışması gerçekleştirilirse orta vadede ciddi kazanımlar elde edilebilir. Mesela Akya gibi milli torpil çalışmalarında da suni kauçuk temelli ses pencerelerine ihtiyaç vardır. Torpil için ihtiyaç duyulan pencere malzemelerini geliştirmek gemi için kullanılanlara göre daha da zorludur ama teknoloji benzerdir ve bir yerden başlanırsa arkası gelir.
Eğer gerçekten savaşmaya hazır olmak istiyorsanız elinizden gelenin en iyisini yapmak, milli imkânlarla mümkün olabilen en iyi malzeme ve donanımı kullanmak zorundasınız.
İdamesinde karşılaşılan muhtelif zorluklar bahane edilerek kauçuk yerine ETP sonar penceresi kullanmak, savaş ortamına etkisi açısından, çok fazla bakım gerektirdiği için 5.nesil bir savaş uçağının üzerindeki radar emici kaplamaları sökmekle eşdeğer sayılabilir.
4. Sonar Dizininin Tasarımı
Sonar dizinini inceleyebilmek için ilk safhada, yayınlanmış belgeler kullanılarak Milgem için imâl edilen silindirik sonar dizinin 3B modelini elde etmekle işe başlamak gerekti. Sonuç olarak elde edilen veriler ışında tahmin edilebilir ki; mevcut sonar dizini üzerinde her biri yaklaşık 100cm2 yüzey alanına sahip kare kesitli ve muhtemelen 208 ya da 224 adet (8x26 veya 8x28) 288 adet (8x36) piezo-elektrik ayna kullanılmıştır.
Yukarıdaki 1. ve 3. maddelerde kısaca ele alınan tercihler sonucunda aslında sonar dizininin tasarımı oldukça kısıtlanmıştır. Fakat bu kadar küçük bir sonar dizinini, Milgem gibi DSH öncelikli bir tasarım için yeterli kabûl edebilmek pek kolay değildir. Diğer taraftan mevcut yumrubaş tasarımdan vazgeçilmedikçe gemi üzerine daha büyük bir sonar kubbesi yerleştirilemez ve bu durumda da daha büyük sonar dizini kullanılamaz. Dolayısı ile meselenin tamamını bir bütün olarak ele almak lâzım gelir.
Tabii ki bu alanda Tübitak tarafından gerçekleştirilen sonar çalışmasının hakkını teslim etmek gerekir. Nihayetinde Türkiye bu sahada henüz çok yenidir ve şimdiye kadar ki sonar çalışmaları, en azından dışarıdan göründüğü kadarıyla, gayet başarılı bir başlangıç olarak kabûl edilebilir.
Güncelleme: 28 Ekim 2014
Yaklaşık beş ay kadar önce, bu makale hazırlanma aşamasındayken sonar ile alâkalı olarak elde edilebilen bilgiler sadece Tübitak tarafından yayınlamış birkaç karanlık ve düşük çözünürlüklü fotoğraf ve bazı çok kısa açıklamalardan ibaretti. Dolayısı ile yukarıdaki değerlendirme de bu bilgilere dayanmaktaydı.
Fakat yakın zamanda kamuya açıklanan bazı yeni (aslında hassas olduğu için gizli tutulması gereken) bilgilerle birlikte sonar hakkındaki bazı fikirler de ister istemez değişti. Şimdi anlayabiliyoruz ki Milgemin %100 milli olduğu söylenen Yakamoz adlı sonarı aslında (büyük bir ihtimalle) tam olarak bir Raytheon DE-1160 ya da diğer adıyla SQS-56! Doğrusu bu biraz beklenmedik bir durum ve iki farklı açıdan hayal kırıklığı olarak görülebilir, nedenleri daha sonra ayrıca ele almak uygun olur çünkü mevzu biraz uzun ve karışık...
Resim.7) Üstte mevcut Milgem sonarı altta ise 05 borda numaralı geliştirilmiş Milgem tasarımının sonar kubbesine uygun yeni silindirik sonar dizini. Aynı piezo-elektrik aynanın kullanılacağı varsayılırsa Milgem-2 için tasarlanan yeni nesil sonar kubbesi için mesela 1.012 aynalı (11x92) çok daha büyük bir silindirik dizin kullanmak ve bunu sağlarken de hem mevcut tasarıma göre çok daha sessiz bir akış ortamı elde edip hem de geminin sevki açısından kayba uğramamak rahatlıkla mümkün olabilir gibi görünmektedir. Ayrıca yeni büyük sonar için mevcut aynalar yerine daha büyük olanlar kullanılması, orta frekansın daha düşük bölgesinde çalışabilen bir sonar tasarlanması ve toplam etkinliğin daha ileri seviyeye taşınabilmesi de mümkündür. İlave olarak yeni kubbe ile silindirik dizin yerine kürevî dizin kullanmak da değerlendirilebilir.
Eğer hedeflenen daha gelişmiş DSH2 yetenekleriyle donatılmış bir gemi ise ki Akdeniz ve Karadeniz'deki durum düşünüldüğünde böyle olmak zorundadır, gelinen noktadan daha ileriye gidebilme ihtiyacı kaçınılmazdır. Şimdiye kadar yapılan çalışmalarla iyi bir temel atılmıştır ama bu temel üzerinde sağlam bir yapı yükseltebilmek daha da fazla çalışmayı gerektirecektir.
DSH alanında yapılabilecek iyileşmelerin bazılarını belki iki safhada ele almak düşünülebilir. İnşa edilecek 3. ve 4. gemiler için bir şey yapılması gerekmiyor fakat ilk dört gemiden sonra durumu tekrar değerlendirmek faydalı olacaktır.
Eğer ikinci dört adet gemi için de mevcut Milgem tasarımı üzerinden hareket edilirse en azından yumrubaş ve sonar kubbesi tasarımı üzerinde kısmi bir iyileşme sağlayabilmek için çalışılabilir. Aşağıdaki resim.8'de görülebilen 03 borda numaralı taslak tasarımın değerlendirilebileceği bu safhada;
Yumrubaş-gövde geçişinin yumuşatılması
Daha sessiz yeni sonar kubbesinin tasarımı
Sonar kubbesi için kauçuk esaslı yeni bir pencere geliştirilmesi
alanlarında çalışmak düşünülebilir. 03 borda numaralı bu tasarımda, mevcut sonar sistemi olduğu gibi kullanılarak sadece dolaylı yoldan sonar performansının ve DSH yeteneklerinin artırılması öngörülmüştür. Fakat bu çözüm ancak hızlı ve kısıtlı bir iyileşme sağlayacağı için ihtiyaç duyulan kadar büyük bir yetenek artışına sebep olamayacaktır.
Resim.8) Çeşitli açılardan değerlendirilen ve mevcut Milgem endazesinden türetilmiş iki kavramsal tasarım. 01 borda numaralı gemi mevcut Milgem-1 tasarımıdır.
Asıl hedef Milgem-2 (TF-100) ve Milgem-3 (TF-2000) olması gerektiği için mevcut tasarım çözümüne göre çok daha büyük bir ilerleme kaydetmeye ihtiyaç vardır. Bu sebeple gidilebilecek tasarım yönü ise aslında bellidir.
Hemen yukarıdaki resim.8'de sunulan 05 borda numaralı taslak tasarım yansıttığı bu yön;
Yumrubaşın tamamen iptal edilmesi
Yeni ve daha büyük bir sonar kubbesi tasarımı
Sonar kubbesinin mümkün olan en iyi bölgeye yerleştirilmesi
Sonar kubbesi için kauçuk esaslı pencere geliştirilmesi
Daha büyük ve daha düşük frekanslı yeni bir sonar dizinin tasarlanması
Yeni sonara uygun daha yetenekli bir algoritma geliştirilmesi
çalışmalarını kapsamalıdır. Doğrusunu söylemek gerekirse gelecek nesil Türk savaş gemileri için 05 borda numaralı çözüm yönünde ilerlemekten başka bir çare görünmüyor.
Burada bahsi geçen tasarım alanlarında ihtiyaç duyulan mühendislik çalışmaları gerçekten son derece zorludur. Mesela kubbe tasarımı ve kubbe etrafındaki akışın sonar, bütün gemi karinası, sevk ve manevra sistemleri üzerindeki etkilerini hakkıyla inceleyebilmek için günümüzün kıytırık ;) RANS3 veya URANS4 yaklaşımlarını kullanabilmek mümkün değildir. Evet bu yöntemlerle güzel, havalı renkli resimler elde edilebilir ama bu seviyedeki fizik çözümleri için bir fayda beklenemez!
Muhtemelen LES5 ile bu sahada çalışabilmek ve kısmen de olsa işe yarar sonuçlar elde edebilmek mümkün olabilir ancak;
Bu büyüklükte bir LES probleminin altında kalkabilecek güçte bir süperbilgisayarın Türkiye'de mevcut olduğunu sanmıyorum
Olsaydı bile sonuçların deneylerle doğrulanması da gerekecekti ki Türkiye'de böyle bir imkân da mevcut değil. (Aslında var da yok!)
Bu sebeple Türkiye için acil ihtiyaç öncelikle kullanılabilir ve işleyen milli deney imkânlarının elde edilmesi olmalıdır. Deney imkânlarının sağlanması hususu zor bir mesele değil ama bu alanda bahsetmek istemediğim başka zorluklar var. Eğer bir gün deney imkânları elde edilebilirse ikinci safhada süperbilgisayar ve yazılım alanlarında çalışmak gerekir.
Tabii ki HAD6 kullanılmasına karşı değilim yeter ki doğru zamanda, doğru yerde ve doğru şekilde kullanılsın.
Aslında bilgisayar destekli mühendislik uygulamalarının kötüye kullanılması bütün dünyada artan bir sorundur. Yeri gelmişken birkaç satır ilave etmek iyi olur. Burada kast edilen kötüye kullanma çoğunlukla iki şekilde mümkün olur;
Ne yaptığını bilen bir mühendis sınır şartlarını uygun(!) şekilde kullanarak yazılımın istenen yönde bir sonuç vermesini sağlayabilir. Eğer bu sonuçları değerlendirecek olan karar verici yönetim kademesi mevzuya yeterince hakim değilse ki genellikle değildir, mevcut tasarımın ne kadar da şahane(!) olduğuna ikna edilebilir. Gemi mühendisleri buna sabun der. Daha İTÜ'deki öğrencilik zamanlarımızda iyi sabun için iyi mühendis olmak gerektiğini hocalarımızdan öğrenmiştik, kötü mühendis zaten sabunlayamaz ;)
Ne yaptığını bilmeyen bir mühendis de muhtelif tıklamalarla ve beklemelerle geçen bir süreç sonunda gayet güzel görünen bir takım renkli resimler elde edebilir ve yukarıdaki sıkıntı yine ortaya çıkar. Günümüzün ticari BDM7 yazılımları bu işi oldukça ilerlettiler. Nereye tıklayacağını bilemeyenler için tıklama eğitimleri bile veriyorlar. Tabii bu sonuçlara ne kadar güveneceğiniz size kalmış, kendi düşen ağlamaz...
Geçmişte içinde bulunduğum birkaç deniz projesinde yukarıdaki her iki maddeye de uygun türde çeşitli durumlarla bizzat karşılaştığım için bu hususa özellikle dikkât çekmek istedim ama artık bu yazıya bir son vermek gerekli.
1. ETP: Elyaf Takviyeli Plastik [geri]
5. LES: Large Eddy Simulation [geri]
6. HAD: Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği [geri]
7. BDM: Bilgisayar Destekli Mühendislik [geri]